《中國科學(xué)報(bào)》：高度耦合可調(diào)的二維硅基量子點(diǎn)陣列研制成功

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記者 王敏原文鏈接：https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/10/381762.shtm

本報(bào)訊（記者王敏）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的郭國平教授、王保傳特任副研究員等人與本源量子計(jì)算科技（合肥）股份有限公司合作，成功研制出一種高度耦合可調(diào)的二維硅基量子點(diǎn)陣列，首次在硅量子點(diǎn)陣列中實(shí)現(xiàn)了對(duì)最近鄰以及次近鄰耦合的獨(dú)立大范圍調(diào)控，對(duì)推動(dòng)硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算研究具有重要意義。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《納米快報(bào)》。

硅基半導(dǎo)體量子點(diǎn)以其較小的特征尺寸、與現(xiàn)代半導(dǎo)體制造工藝的兼容性和具備大規(guī)模擴(kuò)展量子比特?cái)?shù)量的潛力，成為實(shí)現(xiàn)實(shí)用化量子計(jì)算和量子模擬的重要候選方案之一。近兩年來，硅基自旋量子比特在向容錯(cuò)量子計(jì)算發(fā)展過程中取得了進(jìn)展。要想進(jìn)一步推動(dòng)硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算發(fā)展，實(shí)現(xiàn)量子比特的二維耦合擴(kuò)展顯得尤為重要。然而，由于小尺寸帶來的制造挑戰(zhàn)以及實(shí)驗(yàn)室平面工藝的局限性等因素，硅基量子點(diǎn)陣列的二維擴(kuò)展研究進(jìn)展緩慢，國際上相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少。此外，現(xiàn)有研究主要關(guān)注最近鄰耦合的可調(diào)性，缺少對(duì)次近鄰耦合的調(diào)控研究，而這一調(diào)控在量子計(jì)算和模擬中具有重要意義?；谝陨媳尘埃鶉窖芯拷M設(shè)計(jì)并制備了一個(gè)包含中心勢(shì)壘柵極的2×2硅基量子點(diǎn)陣列器件。研究人員在極低溫下對(duì)該器件的性能進(jìn)行了系統(tǒng)表征，發(fā)現(xiàn)該器件每個(gè)量子點(diǎn)中的電子可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立填充，并調(diào)節(jié)至單電子占據(jù)狀態(tài)。此外，最近鄰耦合能夠在較大范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)控，次近鄰耦合則可以通過中心勢(shì)壘柵極實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱調(diào)控?；谶@種高度可調(diào)性，研究人員可以根據(jù)需求選擇性地關(guān)閉和打開特定的耦合，從而將量子點(diǎn)陣列配置為不同的耦合結(jié)構(gòu)并開展具體應(yīng)用研究。研究人員介紹，該工作為硅基量子點(diǎn)陣列作為量子計(jì)算與量子模擬的多功能平臺(tái)提供了全新可能性。